Паровозыжелезнодорожный транспорт

Предохранительные клапаны служат для предохранения котла от взрыва, когда давление пара в нём превысит нормальное. Какова бы ни была причина чрезмерного увеличения давления (это возможно, например, когда паровая машина потребляет пара меньше, чем вырабатывает котёл), предохранительные клапаны автоматически открываются, выпуская из котла часть пара, и тем самым снижают давление. На чём же основана работа предохранительного клапана? Наглядное пояснение этому даёт упрощённая схема действия клапана, изображённая на фиг. 75, а.

flap из котла фиг. 75. Схема и устройство предохранительного клапана Спиральная пружина, надетая на стержень, верхним концом упирается в шайбу, а нижним через другую шайбу — в тарелку клапана. Таким образом, сверху на клапан действует усилие пружины, рассчитанное на рабочее котловое давление, а снизу — давление пара в котле. Пока давление пара меньше усилия, создаваемого пружиной (или равно ему), клапан закрыт. Но как только давление в котле возрастёт сверх предельно установленного, клапан моментально поднимается и пар с шумом вырывается через отверстия наружу, в атмосферу. Когда избыток пара выйдет из котла и давление в нём снизится, клапан снова закроется. Предохранительные автоматические клапаны устанавливают на верхней части кожуха топки, сухопарника или барабанов цилиндрической части котла. Котёл паровоза должен иметь не менее двух предохранительных клапанов; обычно их бывает три. Каждый из предохранительных клапанов отрегулирован на определённое давление. Регулировка производится затягиванием или ослаблением пружины. Если давление пара в котле увеличится на 0,2 am сверх нормального, автоматически открывается и начинает выпускать излишний пар из котла только один из предохранительных клапанов. Этим обеспечивается наименьшая потеря пара. Если же стрелка манометра перейдёт за красную черту ещё на 0,2 am, в действие приходят второй и третий клапаны. Наличие нескольких клапанов, отрегулированных на разное давление, позволяет быстро снизить давление пара в котле до нормального при наименьшем расходе пара, выпускаемого в атмосферу. Сработав, клапан прекращает выпуск пара только после того, как давление в котле упадёт несколько ниже нормального. Выход пара через предохранительные клапаны сопровождается резким шумом, который привлекает внимание паровозной бригады. Услышав предупреждающий сигнал, паровозная бригада немедленно должна принять меры к снижению давления в котле. Чтобы снизить давление, надо остановить углеподатчик, т. е. прекратить подачу угля в топку, и включить инжектор, т. е. качать сравнительно холодную воду в котёл. При этом температура воды в котле понизится и парообразование уменьшится. Кроме того, часть пара будет расходоваться на работу инжектора. Итак, предохранительные клапаны срабатывают при заранее заданном давлении. Изменить нагрузку на клапаны паровозная бригада не может: они запломбированы и снабжены приспособлениями, не допускающими изменения нагрузки.

Тип паровоза определяет систему его экипажа, т. е. число и расположение осей (колёсных пар) и конструкцию рамы (жёсткая, сочленённая). Паровоз может иметь несколько движущих колёсных пар и поддерживающие и бегунковые колёсные пары. Число всех осей и их расположение относительно друг друга .для наглядности изображается цифрами, разделёнными чёрточками •(например 1-5-1). Первая цифра обозначает число передних бегунковых осей, вторая — число осей движущих (сцепных) и третья — число задних поддерживающих осей. Если бегунковых или поддерживающих осей нет, ставятся на соответствующие места нули. Например, если паровоз имеет только пять сцепных колёсных пар и ни одной поддерживающей и бегун-ковой, пишется 0-5-0 (см. также стр. 246). Распространённый на наших железных дорогах грузовой паровоз серии Л обозначается 1-5-0, т. е. он имеет одну бегунковую и пять движущих колёсных пар. Пассажирские паровозы, выпускаемые Коломенским заводом., имеют обозначение 2-4-2. Из обозначения следует, что впереди паровоза помещены две бегунковые колёсные пары, а сзади — две поддерживающие. Движущих осей — четыре. Если речь идёт о сочленённом паровозе, имеющем, например^, восемь движущих осей (по четыре в каждой раме), одну бегунковую-и две поддерживающих оси, то такой локомотив получит обозначение 1-4 +4-2, где знак + говорит о сочленении двух экипажей. В США и Англии тип паровоза определяется числом колёс, а не* осей, например, паровоз типа 1-5-0 серии Л в этих странах, обозначается 2-10-0; паровоз типа 1-5-1 серии ФД получит обозначение 2-10-2. В Германии число движущих осей обозначается прописными буквами соответственно алфавиту, так, обозначение 1Е равнозначно типу 1-5-0, а обозначение 1Е1 расшифровывается как тип 1-5-1:; при этом чёрточки между цифрами и буквами не ставятся. Такая простейшая классификация паровозов по числу и расположению колёсных пар и даёт полное представление о типе паровоза.. Если же известна ещё и нагрузка на движущие оси, то судят о размерах и мощности локомотива. Вот почему, когда хотят узнать тип-паровоза, то прежде всего интересуются числом осей и их расположением. Дополнительной классификацией паровоза является серия. Под серией понимают группу паровозов одного и того же типа,, построенных по одинаковым чертежам, но отличающихся между собой лишь конструктивными изменениями отдельных узлов (диаметром колёсных пар, устройством пароперегревателя, способом постановки связей и т. д.). Обозначать серию условились одной или двумя-заглавными буквами русского алфавита. Например, мощным пассажирским и грузовым паровозам присвоена серия ИС—Иосиф’ Сталин и ФД— Феликс Дзержинский. Иногда к заглавной букве добавляется индекс, например, Эр ,., ФДМ , Эу . В данном случае индексы обозначают: р — реконструированный, м — модернизированный, у — усиленный. Распространённым на наших дорогах пассажирским паровозом; является паровоз типа 1-3-1. Этому паровозу впервые была присвоена серия С, а затем серия Св , С, Сум. Заглавная буква С дана в честь Сормовского завода, который ещё в 1911 г. построил1 новый для того времени паровоз этого типа. Буква у говорит о том, что в дальнейшем паровозы этой серии были усилены,, буквы ум — усилены и модернизированы. Первенцу послевоенной пятилетки, грузовому паровозу типа? 1-5-0, присвоена серия Л —по первой букве фамилии главного кон-, структора Лебедянского Л. С.

Так как через рессоры передаётся ходовым частям вес котла, машины и рамы паровоза, то они (рессоры) с одной стороны должны быть связаны с рамой, а с другой — с ходовыми частями. В зависимости от размещения рессор различают рессорное-подвешивание: верхнее, промежуточное и нижнее. Фиг. 115 иллюстрирует устройство верхнего и промежуточного рессорного подвешивания. При верхнем подвешивании хомут рессоры (через так называемую упорку) опирается на Верхнюю часть буксы (фиг. 115. Рессоры I, II и III осей). При промежуточном подвешивании рессора через рессорную стойку опирается на раму, а концы её соединяются с балансирами (фиг. 115. Рессоры IV и V осей). С рамой паровоза рессора соединяется шарнирно. Если жёстко закрепить концы рессоры на раме, то рессора при нагрузке не сможет прогнуться, а при резком толчке даже сломается. Если же концы рессоры соединить с рамой шарнирно — с помощью подвесок, то она получит возможность свободно проги- баться под нагрузкой. Нагрузки на отдельные рессоры у движущегося паровоза, изменяются вследствие его качания (так называемые виляние и галопирование). Это приводит к резкому перенапряжению отдельных рессор и их поломке.

Все современные паровозы оборудованы песочницами, из которых песок подаётся на рельсы сжатым воздухом. Песок хорошего качества (сухой хорошо просеянный, кварцевый песок) обладает замечательным свойством увеличивать коэффициент сцепления движущих колёс с рельсами, когда в этом есть необходимость. По образному выражению некоторых машинистов песочница является вторым регулятором на паровозе. Во-время включить песочницу — это значит предупредить (но не прекратить!) боксование колёсных пар подсыпкой песка на рельсы (фиг. 132) и реализовать повышенный коэффициент сцепления, т. е. увеличить силу тяги по сцеплению. Во-время выключить — это значит предотвратить возрастание сопротивления движению паровоза и вагонов, потому что чрезмерное подсыпание песка на рельсы, помимо непроизводительного расхода его, затрудняет перекатывание колёс по рельсам. Общих правил по применению песка привести нельзя; опытный машинист, приводя в действие песочницу, всегда учитывает вес состава, скорость поезда, крутизну подъёма, радиус кривой, состояние поверхности рельсов (влажные, сухие). Искусный механик знает, что перед началом боксования из-за проскальзывания движущих колёсных пар паровоз слегка вздрагивает. Уловив этот момент, он включает песочницу, убавляя или прибавляя поступление песка на рельсы под движущие колёсные пары. Успех подобного способа улучшения коэффициента сцепления зависит не только от умения машиниста управлять паровозом, но и в большей степени от надёжности действия песочницы. Поэтому паровозная бригада должна тщательно следить за исправностью песочницы. Правила технической эксплуатации запрещают выпускать паровозы, у которых имеются неисправные или не снабжённые песком песочницы. Применение песка особенно необходимо при трогании поезда с места и при движении по затяжному (длинному) подъёму, когда сопротивление движению значительно возрастает. При трогании поезда с места наиболее эффективна подача песка одновременно под все движущие колёса паровоза. При установившемся движении поезда на площадках и подъёмах песок подаётся, как правило, под колёса первой сцепной оси или бегунка. Проходя по песку, колёса бегунка размельчают его, благодаря чему достигается лучшее сцепление движущих колёс с рельсами.

При интенсивной работе современного паровоза в его котле испаряется до 20 ООО — 25 ООО кг воды в час. Для поддержания определённого уровня воды в котле нужно время от времени добавлять в котёл воду из тендерного бака. Как же заставить воду из тендера не только подниматься вверх,, но ещё и перемещаться в герметически закрытый котёл, давление в котором в 15—16 раз больше атмосферного? Если учесть, что котёл должен питаться подогретой водой (холодная вода может его остудить) и что прибор, подающий воду, должен быть простым по устройству и надёжным в действии, то задача эта окажется не лёгкой. На современных паровозах применяются два вида приборов, питающих котлы водой: инжекторы и поршневые насосы. Последние применяются на паровозах с конденсацией пара и на паровозах с водоподогревателями.

На движущем и парораспределительном механизме паровозов серий Л, ФД и ИС установлены клапаны для твёрдой смазки. Твёрдая смазка ЖД-1 (марки 50Д), изготовленная в виде свечей, запрессовывается в каждый клапан специальным ручным прессом, который надевается на головку клапана. При повороте рукоятки пресса смазка, выдавливаясь из него, отжимает пружину клапана твёрдой смазки, открывая смазочное отверстие в клапане. По этому отверстию и через каналы в теле смазываемой детали масло подаётся к трущимся поверхностям.

Рассмотрим вкратце процесс горения топлива в топке паровозного котла. Вначале топливо, заброшенное в раскалённую топку, подсушивается, из него выделяется влага. Затем при нагревании до температуры 600 — 800° из топлива выделяются (улетучиваются) газообразные вещества, называемые летучими. Летучие вещества быстро и легко загораются; чем больше летучих содержит уголь, тем легче он воспламеняется, тем длиннее языки пламени. Летучие сгорают в пространстве над колосниковой решёткой, т. е. над слоем топлива. Чем меньше летучих содержит уголь, тем труднее он загорается, и процесс горения протекает главным образом в самом слое топлива. При горении в результате химических реакций образуются продукты горения (топочные газы), которые состоят из азота (главным образом), углекислого газа, сернистого газа, паров воды и некоторого количества свободного кислорода, не успевшего вступить в соединение с углеродом. Горение считается полным, если весь углерод, содержащийся в топливе, перешёл в углекислый газ, а водород — в пары воды. Горение называется неполным, если в продуктах горения имеются окись углерода, несгоревший водород или другие горючие вещества. После выделения летучих на колосниковой решётке образуется твёрдый остаток — кокс. Топочные газы, образующиеся от сгорания летучих и кокса, отводятся из огневой коробки через жаровые и дымогарные трубы при помощи специальной дымовытяжной установки (см. главу III). Тепловой эффект любого вида топлива, и в частности каменного угля, характеризуется теплотворной способностью, т. е. тем количеством тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг данного топлива. За единицу количества тепла принята килокалория (большая калория), т. е. количество тепла, за счёт которого можно повысить температуру 1 кг воды на 1°С. Установлено, что 1 кг хорошего каменного угля при полном сгорании способен выделить около 6 500 килокалорий тепла. При полном использовании этого тепла можно повысить температуру 6,5 т воды на 1° или подогреть от 0 до 100° 65 кг воды. После сгорания топлива на колосниковой решётке, как указывалось, остаётся зола — несгорающий остаток, образующийся из минеральных примесей. Чем больше золы в топливе, тем меньше горючих веществ и тем меньше теплотворная способность этого топлива. Находясь в слое раскалённого топлива, зола плавится и, медленно стекая к менее нагретой поверхности колосниковой решётки, застывает на ней, образуя плотную корку шлака. В результате доступ воздуха к слою топлива затрудняется, горение ухудшается и, если своевременно не очистить колосниковую решётку, может вообще прекратиться. Чтобы избежать зашлаковывания, топки паровозных котлов оборудуются шлакоувлажнителями. Шлакоувлажнитель имеет вид изогнутой трубки, расположенной под колосниковой решёткой. В трубке высверлен целый ряд маленьких отверстий. Пар, выходящий тонкими струйками из отверстий шлакоувлажнителя, проникает между частицами спекающейся золы, способствуя образованию пористого шлака. В результате значительно облегчается доступ воздуха из зольника в топку и упрощается чистка топки. Во время интенсивного горения температура в топке доходит до 1500°, а иногда и до 1700—1800°. Как же тепло, выделяющееся при горении в топке, передаётся воде, находящейся в котле паровоза?

Устройство паровой машины (фиг. 27) подчинено задаче — с наибольшей выгодой преобразовать тепловую энергию пара, созданного в котле, в механическую энергию вращения колёс. Основной частью паровой машины являются цилиндры. Почти на всех паровозах установлено два паровых цилиндра. Размещены они в передней части локомотива, по обе стороны рамы. Для того чтобы при небольших размерах цилиндров получить большую мощность (3 ООО — 3 500 л. с), паровая машина выполняется по принципу двойного действия: пар впускается не с одной стороны поршня, а попеременно с двух сторон. Прежде чем попасть в цилиндры, пар поступает в золотниковые коробки, называемые так потому, что внутри каждой из них находится золот-н и к. Золотник — распределитель пара — осуществляет автоматический впуск свежего пара в цилиндр и выпуск отработавшего. Движение золотников точно согласовано с движением поршней благодаря особому механизму, называемому парораспределитель и ы м. Пар совершает в цилиндре непрерывную работу: поступая в цилиндры попеременно то с передней стороны поршня, то с задней, он заставляет поршень перемещаться то в одну, то в другую сторону. Чтобы использовать работу пара для перемещения паровоза, нужно возвратно-поступательное движение поршней в обоих цилиндрах преобразовать во вращательное движение колёс. Для этой цели служит передаточный механизм, называемый шатунио-кривошипным. Шатунно – кривошипный механизм размещается с каждой стороны паровоза; он состоит из следующих деталей: поршней, ползунов, шатунов (ведущих дышел) и колёсной пары1. Движение поршня через ползун непосредственно передаётся ведущему дышлу, которое и приводит во вращение колёсную пару. Ведущее дышло связано с колесом через палец кривошипа, запрессованный в тело колеса. Все колёсные пары соединяют (спаривают) друг с другом. Делается это для того, чтобы увеличить силу тяги паровоза. Соединение 1 Под колёсной парой понимается ось и наглухо насаженные (напрессованные) на неё два колеса.

колёсных пар осуществляется несколькими сцепными дышлами. Все спаренные сцепные колёсные пары называются движущими, а одна из них, связанная ведущим дышлом с поршнем паровой машины, называется ведущей. Большинства паровозов имеет 3—5 движущих колёсных пар. Система деталей — поршней, ползунов, ведущих и сцепных дышел, колёсных пар с пальцами кривошипов образует движущий механизм паровоза. Таким образом, к паровой машине относятся: 1) цилиндры, 2) парораспределительный механизм и 3) движущий’ механизм.

Рассмотрим принципиальную схему действия всасывающего инжектора. Внутри корпуса инжектора (фиг. 59) расположены точно по одной оси три главных полых конуса: паровой водяной (смесительный) 2 и нагнетательный 3. Первые два конуса имеют суживающуюся форму, а третий, нагнетательный, — расширяющуюся по направлению движения воды. Инжектор водоприёмной трубой соединён с водяным баком тендера. По закону сообщающихся сосудов уровень воды в баке-и водоприёмной трубе будет одинаков. Если мы какими-нибудь путями сможем создать в корпусе инжектора разрежение (вакуум), то, очевидно, вода под действием давления атмосферного воздуха поднимется по водоприёмной трубе и поступит в инжектор. Как же создать это разрежение? Если немного приоткрыть паровпускной клапан (см. фиг. 59,а).. с помощью которого осуществляется управление инжектором, то пар из котла через кольцевой проход парового конуса попадёт в корпус инжектора. Пока паровпускной клапан открыт немного, пар в инжектор поступает в небольшом количестве, поэтому открыть питательный

клапан, прижатый давлением пара в котле (15—16 am), он ещё не в состоянии. Стремясь найти выход, пар откроет вестовой клапан, •находящийся под атмосферным давлением, и увлечёт за собой в ве- Фиг. 59. Схема работы инжектора •■■ стовую трубу воздух как из корпуса инжектора, так и из водоприёмной трубы, соединённой с водяным баком тендера. Давление в водяной камере инжектора станет ниже атмосферного. Тогда вода поступит по водоприёмной трубе в инжектор и устремится через; вестовую трубу наружу, в атмосферу. Это значит, что инжектор-«забрал», т. е. присосал воду. Если помощник машиниста выглянет в этот момент из окна будки, он увидит, как смесь пара и воздуха выбрасывается через* вестовую трубу, расположенную под будкой машиниста. Итак, струя пара в первый период работы инжектора проходит по следующему «маршруту»: кольцевой проход парового конуса— водяной конус (через его прорези) — вестовой клапан — вестовая-труба (направление движения пара указано стрелками). Под действием атмосферного давления вода из тендерного бака» поднимется по водоприёмной трубе и заполнит водяную камеру инжектора (см. фиг. 59,6), давление в которой ниже атмосферного. В результате частичной конденсации в смесительном конусе объём пара, поступающего в инжектор, быстро уменьшается, давление в корпусе инжектора снижается, и вестовой клапан под давлением атмосферного воздуха прижимается к своему седлу. В это-время помощник машиниста до отказа открывает паровпускной клапан (см. фиг. 59, б) и количество острого пара, поступающего в инжектор через паровое сопло, увеличивается. С этого момента начинается второй период работы инжектора. Теперь через паровой конус проходит в среднем в 10 раз больше пара, чем через кольцевой проход парового конуса. Кинетическая энергия пара значительно увеличивается и струя пара: увлекает за собой воду в смесительный конус. В паровом конусе создастся большая разница (перепад) давлений пара перед конусом и после него (с котлового почти до атмосферного давления), что обеспечивает вылет пара из парового конуса со скоростью 450—500 м/сек. При таких больших скоростях пар смешивается с холодной водой (скорость последней 7—8 м1сек), засасываемой из тендерного бака и находящейся в смесительном конусе. В смесительном конусе происходит конденсация пара и нагревание воды. Тепловая энергия пара расходуется на нагревание воды до 60— 70° и на сообщение ей кинетической энергии. Скорость движения паро-водяной смеси, несмотря на частичную конденсацию пара, остаётся очень высокой, так как смесительный конус имеет суживающуюся форму. С большой скоростью вода устремляется в третий, нагнетательный, конус. Нагнетательный конус 3 сделан расширяющимся по направлению движения паро-водяной струи. Поэтому скорость струи, попавшей в такой расширяющийся конус (диффузор), начнёт падать, а давление в струе возрастать. Размеры конусов рассчитаны так, что давление водяной струи в нагнетательном конусе становится больше давления пара в котле. В результате этого питательная вода, преодолевая котловое давление пара, поднимает питательный клапан и свободно поступает в водяной объём передней части котла паровоза.

Если же давление водяной струи будет меньше котлового то вода в котёл не пойдёт, а через прорезы с

С помощью золотника осуществляется впуск пара в паровую машину и выпуск из неё. Чтобы понять назначение золотника, рассмотрим сначала принцип действия паровой машины на упрощённой схеме (фиг. 83). Внутри цилиндра находится поршень, который при помощи штока соединён в точке а с ползуном, скользящим по направляющим параллелей. Ползун соединён с ведущим дышлом (шатуном). В точке б шатун связан с кривошипом колеса. Таким образом шатунно-кривошипный механизм соединяет поршень паровой машины с колесом. Поэтому если начать двигать поршень, то вместе с ним придут в движение шток и соединённый с ним шатун, который посредством кривошипа заставит колесо вращаться. Шатун в данном случае будет выполнять примерно такую же роль, как рука человека, вращающая^ ручку швейной машины. Как поступает пар us кхтла в паровую машину

В паровой машине для перемещения поршня вперёд и назад используется энергия пара. Представим себе, что в цилиндре имеется четыре крана. Краны № 1 и № 2 помещены на паровпускных трубах, а краны М3и№ 4 на паровыпускных. К первым двум кранам подводится свежий пар из котла, а два вторых выпускают этот пар из цилиндра после того, как он уже совершит работу. , Если открыть впускной кран М 1 я выпускной кран М 4, то пар из котла через кран «М 1 устремится внутрь цилиндра и будет давить во все стороны, а значит, и на поршень, который начнёт перемещаться (см фиг. 83) слева направо. Воздух, выталкиваемый поршнем с другой его стороны, будет уходить в атмосферу через Полость отработавшего пара. открытый кран № 4. Таким образом, поршень переместится в крайнее (правое) положение. Чтобы изменить направление движения поршня на обратное, нужно закрыть краны № 1 и № 4 и открыть впускной кран Л2и выпускной кран № 3. Тогда через кран № 2 свежий пар будет поступать внутрь цилиндра и своим давлением перемещать поршень в крайнее (левое) положение. При этом поршень будет выталкивать через открытый край № 3 пар, оставшийся в левой полости цилиндра. на такой быстроходной В рассмотренном примере впуск пара в машину и выпуск пара из неё осуществляется при помощи четырёх кранов, открываемых и закрываемых вручную. Паровых машин с ручным распределением пара не существует, ибо открывать и закрывать краны рукой, конечно, невозможно, тем более машине, как паровоз. Почти на всех паровозах впуск и выпуск пара производятся с помощью золотникового парораспределительного механизма. При золотниковом парораспределении роль кранов выполняет золотник, причём впуск и выпуск пара осуществляются не по четырём каналам, а только по двум, так как поочерёдно через один и тот же канал пар то впускается в цилиндр, то выпускается из него. Для размещения золотника каждый паровой цилиндр имеет сверху золотниковую камеру, в которую запрессованы цилиндрические втулки с рядом окон для впуска и выпуска пара из цилиндра. Внутри втулок перемещается золотник, состоящий из двух дисков, насаженных на одном штоке. Такой золотник называется цилиндрическим (фиг. 84). Он установлен на всех современных паровозах, работающих перегретым паром. Раньше на паровозах устанавливались плоские золотники, иначе называемые коробчатыми (фиг. 85). Они имеют тот недостаток, что при работе машины пар, поступающий из котла в золотниковую коробку своим давлением сверху прижимает плоский золотник к плоскости скольжения (зеркалу). Поэтому золотник передвигается по зеркалу с большим трением, на преодоление которого расходуется значительная работа. При высокой температуре перегретого пара плоские золотники подвержены короблению. В настоящее время они встречаются на старых паровозах, работающих насыщенным паром.